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2-3、拉曼光纤放大器(FRA)

已有 947 次阅读2013-3-4 08:45 |个人分类:光电传输学习笔记| 放大器, 光纤

       拉曼光纤放大器(FRA)也是一种技术较为成熟的光放大器,其工作原理是基于光纤的受激拉曼散射(SRS)效应。光纤中的SRS源于光纤的三阶非线性效应,表现为泵浦光子、Stokes光子与光学支声子之间的相互作用:泵浦光子被介质分子吸收,电子从基态越迁到虚能级,虚能级的大小是由泵浦光的能量决定的,然后虚能级的电子在信号光的感应下回到振动态的高能级,产生一个与信号光相同频率、相同相位、相同方向的光子,称为Stokes光子。如果一个信号光与一个强泵浦光波同时在光纤中传输,并且信号光波长位于泵浦光波的拉曼增益谱带宽之内,则此信号光可被该光纤放大。
        FRA可分为集总式LRA和分布式DRA,前者所用的光纤增益介质一般在10 km以内,对泵浦功率要求很高,一般在几到十几W,可产生40 dB以上的高增益,用来对信号光进行集中放大,主要用于EDFA无法放大的波段;后者所用的光纤比较长,一般为几十km,泵源功率可降到几百mW,主要辅助EDFA用于DWDM通信系统性能的提高,抑制非线性效应,降低信号的入射功率,提高信噪比,进行在线放大。
      (1)FRA的特点:
①Raman增益系数是信号与泵浦光波长的函数,并且依赖于光纤纤芯中的GeO2的掺杂浓度,因此可为任何波长提供增益,这使得FRA可以在EDFA所不能放大的波段实现放大,并可在1 292~1 660 nm光谱范围内进行光放大,使用多个泵源还可得到比EDFA宽得多的增益带宽。
②放大介质就是传输光纤本身,不需要特殊掺杂作为放大介质,因而成本比EDFA更低。
③FRA增益介质为传输光纤本身,实现分布式在线放大,由于能量的分布作用,能有效地抑制非线性尤其是四波混频(FWM),提高信噪比,提高传输距离,实现超长距离无中继传输。
④FRA的有效噪声系数(?N?F)比EDFA要低,典型值为-2 dB,因此它与EDFA混合使用时可大大降低系统的噪声系数,增加传输距离。
FRA的不足之处在于需要特大功率的泵浦激光器,因而在近几年大功率半导体激光器开发成功后才开始商用化。
(2)FRA的应用:
①与EDFA混合使用可以使增益谱和噪声谱平坦化,提高信噪比,塑造整体增益曲线,也可实现全拉曼放大LRA+DRA,实现真正连续宽带
②补偿色散补偿光纤(DCF)的损耗。色散补偿光纤的损耗远比G.652光纤大,如果只用EDFA进行补偿,则要求EDFA的增益较大,而EDFA的自发辐射噪声功率(P?A?SE)与增益成指数关系,将会降低信噪比,因此,在色散补偿光纤后加上FRA不但可以补偿损耗,还可以提高信噪比。
③由于FRA的有效噪声系数(NF)比EDFA要低,因而在系统升级(如从2.5 Gb/s向10 Gb/s升级)时能保证系统的误码率不变。
④在宽带DWDM系统中,EDFA的放大频带宽度不够宽,限制了信道数目,而FRA能够弥补这一点,可在一个很宽的范围内实现平坦放大。
⑤ FRA的发展方向a:发展各种波段的FRA,实现宽频谱大功率输出;
B:与EDFA配合使用,将分布式FRA作为EDFA的辅助应用到DWDM系统中;c:集总式FRA在对信号放大的同时对系统色散补偿。

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